-
Die
Erfindung betrifft ein Kokillenrohr zum Stranggießen von
Metallen gemäß den Merkmalen im
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Kokillenrohre
werden zur Herstellung von Vollprofilen in einem kontinuierlichen
Gießprozess verwendet.
Durch Kühlung
des Kokillenrohrs erstarrt der flüssige Stahl in den Randbereichen
unter Bildung einer in der Dicke permanent anwachsenden Strangschale.
Aufgrund der Erstarrung des Stahls verändert sich die Querschnittsgeometrie
des Strangs durch Schrumpfung.
-
Ein
solches Kokillenrohr ist z.B. durch den Prospekt "Kokillen für Strangguß" der KM-kabelmetal Aktiengesellschaft,
Klosterstraße
29, 4500 Osnabrück
in der Ausgabe 1190.015.04.04 bekannt.
-
Da
bei den bislang bekannten Kokillenrohren – unabhängig von ihrem jeweiligen Querschnitt – in den
zwei Seitenflächen
jeweils verbindenden, über die
gesamte Länge
des Formhohlraums gleich bleibenden Eckbereichen bei Abkühlung des
Stahls eine höhere
Wärmeabfuhr
als an den Seitenflächen
auftritt, unterliegen folglich auch die den Eckbereichen des Formhohlraums
gegenüberliegenden
Eckbereiche des Strangs im Vergleich zu den den Seitenflächen des
Formhohlraums gegenüberliegenden Strangbereichen
einer stärkeren
Schrumpfung. Das Ergebnis dieser stärkeren Schrumpfung ist, dass
in der Strangschale in den Eckbereichen Spannungen erzeugt werden,
die zu Oberflächen-
und Gefügefehlern
führen
können.
-
Beim
Stranggießen
bildet sich die Strangschale etwa in Gießspiegelhöhe durch hohe Wärmeabfuhr.
Die Eckenwinkel des Formhohlkörpers
und der Strangschale sind hier noch gleich. Im etwa mittleren Höhenbereich
des Formhohlraums treten durch den größeren Schrumpf in den Eckbereichen
des Strangs die oben genannten Fehler auf und die Wärmeabfuhr
wird durch die Spaltbildung zwischen Strang und Formhohlraum stark
reduziert. Das Strangschalenwachstum wird behindert. Die Eckenwinkel
des Strangs werden größer. Am
Austritt aus dem Formhohlraum ist dann das Strangschalenwachstum
in den Eckbereichen völlig
unterbrochen. Es sind Entmischungen und Spannungen in den Eckbereichen
zu befürchten.
-
Durch
die
JP 01075146 A ist
ein Kokillenrohr bekannt, welches der Erzeugung eines kreisrunden Gießstrangs
dient. Um hierbei Längsrisse
in der Oberfläche
zu vermeiden und um eine Beschleunigung eines kontinuierlichen Gießens zu
erreichen, sind in die innere Oberfläche des Kokillenrohrs von dem
strangeintrittsseitigen Stirnende ausgehend gemuldete Nuten eingearbeitet.
Die Nuten erstrecken sich in Gießrichtung und haben eine Länge, die
sich über
etwa zwei Drittel der Länge
des Kokillenrohrs erstreckt. Der Querschnitt der Nuten verringert
sich gleichmäßig von
dem strangeintrittsseitigen Stirnende aus, bis zu der Stelle, wo
die Nuten in die innere Oberfläche
des Kokillenrohrs einlaufen.
-
In
der
EP 0 498 296 A2 sollen
gezielt im oberen Höhenbereich
eines Kokillenrohrs die inneren Seitenflächen konkav gekrümmt ausgebildet
werden, damit der Formhohlraum vom etwa mittleren Höhenbereich
bis zum eingießseitigen
Ende einen größeren, sich
erweiternden Querschnitt hat. Ergänzend zu diesen Maßnahmen
können
Hohlkehlen entlang der Diagonallinien mit einem in Stranglaufrichtung
negativen Konus vorgesehen werden. Hiermit soll ein Verklemmen des
Strangs im Kokillenrohr ausgeschaltet werden. Auch sollen mit einem
negativen Konus Sehnenverlängerungen
beim Zurückverformen
von starken Ausbauchungen aufgefangen werden, die durch ein Schwinden
nicht kompensiert werden können.
-
Im
Umfang der
DE 32 04
339 A1 wird der Vorschlag gemacht, die Krümmungen
der Eckbereiche zwischen zwei Seitenflächen eines Kokillenrohrs entsprechend
der Schrumpfung der Eckbereiche eines Strangs anzupassen, das heißt den Radius
der Krümmung
in Gießrichtung
zu vergrößern.
-
Der
Erfindung liegt – ausgehend
vom Stand der Technik – die
Aufgabe zugrunde, ein Kokillenrohr mit durch bogenförmig gekrümmte Eckbereiche
verbundenen Seitenflächen
zu schaffen, bei dem nicht nur durch eine gleichmäßige Temperaturverteilung über den
Querschnitt des Strangs eine bessere Strangqualität erzielt,
sondern auch eine höhere Gießleistung
erreicht werden kann.
-
Die
Lösung
dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden
Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.
-
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Grundgedankens sind Gegenstand
der Patentansprüche
2 bis 8.
-
In
Höhe des
Geißspiegels
beginnt zunächst in
bekannter Weise aufgrund der Kühlung
des Kokillenrohrs, das heißt
durch hohe Wärmeabfuhr
die Bildung der Strangschale. Die zunächst noch dünne Strangschale weist Eckenwinkel
auf, die den Eckenwinkeln des Formhohlraums entsprechen. Um nun das überproportionale
Schrumpfen der Eckbereiche des Strangs zu vermeiden und über den
gesamten Querschnitt des Strangs eine in der Dicke gleichmäßig anwachsende
Strangschale zu erzielen, wird jetzt erfindungsgemäß dafür Sorge
getragen, dass in den Eckbereichen ein Wärmeübergang erfolgt, der dem Wärmeübergang
im Bereich der Seitenflächen
entspricht. Dies wird dadurch erreicht, dass mit einer Veränderung
der Geometrie der Eckbereiche des Form hohlraums hier bewußt ein Spalt
zwischen der Strangschale und der Eckwandung des Formhohlraums erzeugt
wird. Dieser Spalt führt
zwangsläufig zu
einem geringeren Wärmeübergang
mit dem Ergebnis, daß in
jedem Längenabschnitt
des Formhohlraums die Strangschale gleichmäßig wächst. Spannungen in den Eckbereichen
werden dadurch vermieden. Oberflächen-
und Gefügefehler
werden ausgeschlossen. Die Qualität des abgegossenen Metallstrangs
wird deutlich verbessert mit der Folge, daß die weitere Verarbeitung
des Metallstrangs zu qualitativ höherwertigen Produkten führt.
-
Die
Eckbereiche des Formhohlraums können
kreisförmig
gekrümmt
sein, wobei die Mittelpunkte der Radien konstant bleiben oder sich
auch verändern
können.
Desweiteren können
die Eckbereiche des Formhohlraums nach vorgegebenen Kurven verlaufen,
wie z.B. Ellipsen oder Parabeln. Aber auch hierbei ist sichergestellt,
daß sich
diese Kurven in Richtung zum strangaustrittsseitigen Stirnende des Formhohlraums
hin stets stärker
krümmen
und ihre Lage verändern,
um den Spalt zur Verringerung des Wärmeübergangs in den Eckbereichen
zu erzeugen. Die Spaltbreite kann über die Variation von Mittelpunkt
und Größe der Radien
bzw. bei Kurven über Größe und Lage
verändert
werden.
-
Die
Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen veranschaulichten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 in der Draufsicht ein
Kokillenrohr;
-
2 einen vertikalen Querschnitt
durch die Darstellung der 1 entlang
der Linie II-II;
-
3 einen horizontalen Querschnitt
durch einen Eckbereich des Kokillenrohrs entlang der Linie III-III
der 2;
-
4 einen horizontalen Querschnitt
durch einen Eckbereich des Kokillenrohrs entlang der Linie IV-IV
der 2;
-
5 einen horizontalen Querschnitt
durch das Kokillenrohrs entlang der Linie V-V der 2 und
-
6 in perspektivischer schematischer Darstellung
einen Eckbereich des Kokillenrohrs am strangaustrittsseitigen Stirnende.
-
Die 1 und 2 veranschaulichen ein Kokillenrohr 1 zum
Stranggießen
von Stahl mit einem quadratischen Strangquerschnitt. Das Kokillenrohr 1 besitzt
einen Formhohlraum 2, dessen Querschnitt am eingießseitigen
Stirnende 3 größer als
am strangaustrittsseitigen Stirnende 4 bemessen ist.
-
Im
Höhenbereich
A weist der Formhohlraum 2 seitenparallele Wände 5 auf.
Unterhalb des Höhenbereichs
A beginnt eine Konizität
der Seitenflächen 6. Dieser
Höhenbereich
B erstreckt sich bis zum Stirnende 4 des Kokillenrohrs 1.
-
Die
seitenparallelen Wände 5 und
die konischen Seitenflächen 6 sind,
wie die 1 erkennen läßt, durch
gerundete Eckbereiche 7, 8 miteinander verbunden.
Diese Eckbereiche 7, 8 haben über den Höhenbereich C, der sich bis
unterhalb des Gießspiegels 9 erstreckt,
ein und denselben Radius R. Siehe hierzu auch die 3.
-
Unter
der Annahme, daß das
in 2 dargestellte Kokillenrohr 1 etwa
800 mm lang ist, so beginnt die Konizität etwa 100 mm von dem oberen
Stirnende 3. Der Gießspiegel 9 befindet
sich ca. 120 mm von dem Stirnende 3 entfernt.
-
Über den
Höhenbereich
D, der etwa 140 mm unterhalb des oberen Stirnendes 3 des
Kokillenrohrs 1 beginnt und sich bis zum unteren Stirnende 4 hin erstreckt,
nimmt der Radius R der Eckbereiche 8 stetig ab (siehe auch 4 bis 6). Wenn beispielsweise der Radius R über den
Höhenbereich
C 5 mm beträgt,
so verringert sich dieser im Verlaufe des Höhenbereichs D von 5 mm auf
etwa 3,46 mm. Die Mittelpunkte der Radien werden so verschoben,
daß das Diagonalmaß des Formhohlraums
konstant bleibt.
-
Wie
die 2 und 3 zeigen, wird in Höhe des Gießspiegels 9 die
Strangschale 10 an dem das Kokillenrohr 1 durchströmenden Strang 11 durch
erhöhte
Wärmeabfuhr
mittels intensiver Kühlung
des Kokillenrohrs 1 gebildet. Hierbei erstarrt die Strangschale 10 mit
einem Radius R1 im Eckbereich 8 von 5 mm. Der Eckenwinkel
des Formhohlraums 2 und des Strangs 11 sind somit
gleich.
-
Durch
den kleiner werdenden Radius R2 der Eckbereiche 8 unterhalb
des Gießspiegels 9 (siehe 4), wobei das Diagonalmaß des Formhohlraums konstant
bleibt, bildet sich folglich bei gleich bleibendem Radius R1 der
Strangschale 10, wobei das Diagonalmaß des Formhohlraums durch den
Schrumpf abnimmt, in den Eckbereichen 8 ein Spalt 12.
Dieser Spalt 12 reduziert die Wärmeabfuhr in den Eckbereichen 8 und
verteilt diese auf die Seitenflächen 6.
Das Einziehen des Strangs 11 wird verringert.
-
Im
weiteren Verlauf des Formhohlraums 2 vergrößert sich
dieser Spalt 12 (siehe 5 und 6), da sich der Radius R3
der Eckbereiche 8 ständig
verringert, das heißt
bei gleichbleibendem Diagonalmaß wandert
der Mittelpunkt des Radius R3 nach außen. Die Wärmeabfuhr wird weiter auf die
Seitenflächen 6 verlagert.
Entmischung und Spannungen in den Eckbereichen 8 werden
deutlich verringert. Hierbei wird ergänzend zu der 6 erläutert,
daß die
unterbrochene Linienführung 13 die
Innenkontur des Formhohlraums 2 am Eingießende 3 verkörpert, während die
durchgezogene Linienführung 14 die
Innenkontur des Formhohlraums 2 am strangaustrittsseitigen Ende 4 darstellt.
Beide Linienführungen 13, 14 lassen somit
auch die absolute Konizität 15 deutlich
erkennen.
-
Ferner
zeigt die 6 mit R den
Radius der Eckbereiche 7, 8 im Höhenbereich
C, mit R1 den gleich bleibenden Radius des in der 6 strichpunktiert angedeuteten Strangs 11 und
mit R3 den Radius des Formhohlraums 2 am strangaustrittsseitigen
Stirnende 4.
-
Durch
die in der 6 vorgenommene zeichnerische Überlagerung
der Linienführung 13 am eingießseitigen
Stirnende 3 und der Linienführung 14 am strangaustrittsseitigen
Stirnende 4 ist in der 6 auch
deutlich der Spalt 12 im Eckbereich 8 zu erkennen.
-
- 1
- Kokillenrohr
- 2
- Formhohlraum
- 3
- eingießseitiges
Stirnende
- 4
- strangaustrittsseitiges
Stirnende
- 5
- seitenparallele
Wände
- 6
- konische
Seitenflächen
- 7
- Eckbereiche
in A
- 8
- Eckbereiche
in D
- 9
- Gießspiegel
- 10
- Strangschale
- 11
- Strang
- 12
- Spalt
- 13
- Linienführung
- 14
- Linienführung
- 15
- absolute
Konizität
- A
- Höhenbereich
- B
- Höhenbereich
- C
- Höhenbereich
- D
- Höhenbereich
- R
- Radius
v. 8
- R1
- Radius
v. 10 in Höhe
v. 9
- R2
- Radius
v. 8 in Höhe
v. IV-IV
- R3
- Radius
v. 8 in Höhe
v. V-V